Senkron dönüştürücü - Synchronverter
Eşzamanlı çeviriciler veya sanal eşzamanlı üreteçler , elektrik güç sistemlerinde yardımcı hizmetler için "sentetik atalet" sağlamak için eşzamanlı üreteçleri taklit eden çeviricilerdir . Atalet , üretilen elektriğe orantılı bir frekansta dönen sistemin dönen fiziksel kütlesi ile ilişkili standart senkronize jeneratörlerin bir özelliğidir . Dönen fiziksel kütlenin kinetik enerjisini değiştirmek için çalışma gerektiğinden ve bu nedenle şebeke frekansındaki değişikliklere karşı çıktığından, ataletin ızgara stabilitesine yönelik etkileri vardır. İnvertör tabanlı üretim, dalga biçimi güç elektroniği aracılığıyla yapay olarak oluşturulduğundan, bu özelliğe sahip değildir.
Arka fon
Standart inverterler çok düşük ataletli elemanlardır. Çoğunlukla yükteki hatalar veya ani değişikliklerden kaynaklanan geçici dönemlerde, değişiklikleri hızlı bir şekilde takip ederler ve daha kötü bir duruma neden olabilirler, ancak senkron jeneratörlerin kararlılıklarını koruyabilecek önemli bir ataleti vardır.
Şebeke, belirli bir frekansta çalışacak şekilde tasarlanmıştır . Elektrik güç kaynağı ve talebi mükemmel şekilde dengelendiğinde, şebeke frekansı nominal frekansında kalacaktır. Ancak arz ve talepteki herhangi bir dengesizlik, bu nominal frekanstan sapmaya neden olacaktır. Elektrik üretimi ve talebin mükemmel bir şekilde dengelenmemesi için standarttır, ancak dengesizlik, şebeke frekansı küçük bir +/- 0.05 Hz bandında kalacak şekilde sıkı bir şekilde kontrol edilir. Senkronize bir jeneratörün dönen kütlesi, frekanstaki değişikliklere karşı koymak için şebeke için bir tür kinetik enerji bankası görevi görür - elektrik gücü arz ve talebindeki dengesizliğin neden olduğu - şebekeden güç sağlayabilir veya emebilir - kinetik biçiminde hızlandırarak veya yavaşlatarak enerji. Kinetik enerjideki değişim, frekanstaki değişimle orantılıdır. Dönen kütleyi hızlandırmak veya yavaşlatmak iş gerektirdiğinden, bu atalet, aktif güç dengesizliklerinin ve dolayısıyla frekansın etkilerini azaltır. İnvertör tabanlı üretim, doğası gereği ataletten yoksun olduğundan, invertör bazlı yenilenebilir enerji üretiminin artan penetrasyonu, güç sistemi güvenilirliğini tehlikeye atabilir .
Ayrıca, öncelikli olarak fotovoltaik (PV) ve rüzgar enerjisi ile ilgili yenilenebilir enerji kaynaklarının (RES) değişkenliği, daha sık geçici güç dengesizliği dönemleri yaratarak bu sorunu büyütebilir. Teorik olarak, inverter tabanlı üretim, elektrik torkunu (aktif güç çıkışı) değiştirerek frekans dengesizliklerine yanıt verecek şekilde kontrol edilebilir. Sentetik atalet, “elektrik torkunun, birimin terminallerindeki frekans değişim oranı (RoCoF) ile orantılı olan bir birimden kontrollü katkısı” olarak tanımlanır. Bununla birlikte, bu RoCoF'a tepki verme kapasitesine sahip olmak için, katılan üreticilerin, çıktılarının bir kısmının bu belirli yanıt için ayrılması için maksimum çıktılarının altındaki seviyelerde çalışmaları gerekecektir. Dahası, üretimin doğal değişkenliği, jeneratörlerin sentetik atalet sağlama kapasitesini sınırlar. Bu güvenilir, hızlı hareket eden güç kaynağı gereksinimi, invertör tabanlı enerji depolamayı sentetik atalet sağlamak için daha iyi bir aday haline getirir.
Tarih
Hydro-Québec , ilk şebeke operatörü olarak 2005 yılında sentetik atalet talep etmeye başladı. Frekans düşüşüne karşı koymak için şebeke operatörü, güç elektroniğini bir rüzgar türbini rotorunun dönme ataleti ile birleştirerek geçici bir% 6 güç artışı talep eder . Benzer gereksinimler 2016'da Avrupa'da ve 2020'de Avustralya'da yürürlüğe girdi.
Senkronizasyon Modeli
Eşzamanlayıcı yapısı iki bölüme ayrılabilir: güç bölümü (bkz. Şekil 2) ve elektronik bölüm. Güç kısmı, köprü, filtre devresi, güç hattı vb. Dahil olmak üzere enerji dönüştürme ve aktarım yoludur. Elektronik kısım, sensörler ve DSP dahil olmak üzere ölçüm ve kontrol ünitelerine atıfta bulunur .
Senkron dönüştürücü modellemede önemli olan nokta, Senkron jeneratör ile benzer dinamik davranışa sahip olduğundan emin olmaktır (bkz. Şekil 3). Bu model, karmaşıklığı nedeniyle 2'den 7'ye kadar olan model olarak sınıflandırılmıştır. Bununla birlikte, 3 sıralı model, doğruluk ve karmaşıklık arasındaki uygun uzlaşma nedeniyle yaygın olarak kullanılmaktadır.
terminal voltajının dq ekseni bileşenleri nerede ve bunlar .
Senkron çevirici terminal voltajı ve akımı bu denklemleri sağlarken, senkron dönüştürücü Senkron jeneratör olarak görülebilir. Bu, onu senkronize bir jeneratör modeli ile değiştirmeyi ve sorunları kolayca çözmeyi mümkün kılar.
Kontrol stratejisi
Şekil 3'te gösterildiği gibi, inverter bir voltaj kaynağı olarak kontrol edildiğinde , şebeke ile senkronize olmak için bir senkronizasyon ünitesinden ve şebeke ile değiştirilen gerçek gücü ve reaktif gücü düzenlemek için bir güç döngüsünden oluşur. Senkronizasyon biriminin genellikle frekans ve genlik sağlaması gerekir. Ancak, inverter bir akım kaynağı olarak kontrol edildiğinde, senkronizasyon ünitesinin genellikle sadece şebekenin fazını sağlaması gerekir, bu nedenle onu bir akım kaynağı olarak kontrol etmek çok daha kolaydır.
Senkron bir jeneratör doğal olarak şebeke ile senkronize olduğundan, senkronizasyon fonksiyonunu senkronizasyon ünitesi olmadan güç kontrol cihazına entegre etmek mümkündür. Bu, şekil 4'te gösterildiği gibi kompakt bir kontrol ünitesi ile sonuçlanır.
Uygulamalar
PV
Daha önce bahsedildiği gibi, senkron eviriciler, kaynağın kontrolünü kolaylaştıran senkron jeneratör gibi işlenebilir, bu nedenle PV birincil enerji kaynaklarında (PES) yaygın olarak kullanılmalıdır .
HVDC
Rüzgar türbini
DC mikro şebeke
DC kaynakları, herhangi bir iletişim ağı olmadan ac voltajın frekansı ile birlikte koordine edilebildiğinden, mikro şebekelerde de senkronizatör kullanılması önerilmektedir.